کشت بافت
کشت بافت و سلول گیاهی به همراه روشهای مهندسی ژنتیک از ارکان مهم فناوری زیستی به عنوان یکی از علوم پیشرفته دنیا به شمار میآیند. با علم به این موضوع که هر یک از سلولهای گیاهی تمایز نیافته توانایی تبدیل شدن به گیاه کامل را دارند، دریچهای تازه پیش روی دانشمندان و محققان علوم زیستی گشوده شد، به نحوی که در مقایسه با روشهای اصلاح سنتی گیاهان، تسریع قابل ملاحظهای در مدت زمان اجرای برنامههای اصلاحی به وجود آمد و امکان انجام تلاقیهای بین جنسی را نیز فراهم نمود. علاوه بر این نگهداری ذخایر توارثی، تولید گیاهان عاری از ویروس و تولید گیاهان هاپلوئید از جمله کاربردهای مهم دیگر کشت بافت و سلول گیاهی میباشند. روشهای کشت بافت مبتنی بر دو مرحله تمایززدایی و تمایزیابی است که انجام هر یک از این مراحل به شرایط خاصی نیاز دارد و باید در محیطی عاری از هرگونه آلودگی صورت پذیرد که گاه باعث افزایش هزینه تولید میشود. با این وجود مراکز تولیدی سالیانه میلیونها نهال و گیاه مختلف را از طریق روشهای ریزازدیادی به بازار عرضه میکنند و فرآوردههای زیستی متعددی نیز با استفاده از روشهای کشت بافت تولید میشوند.
روشهای کشت بافت گیاهی
مراحل کلیدی در کشت بافت
چهار مرحله کلیدی در کشت بافت شامل موارد ذیل است:
دید کلی
وقتی درباره کشت گیاه صحبت میشود، معمولا منظور کشت گیاهان در گلدان ، زیر پلاستیک (Frames) ، در گلخانه و یا مزرعه است. در تقسیم بندیهای رایج در کشاورزی ، کشت گیاهان به بخشهای مختلف شامل زراعت ، باغبانی ، زراعت مناطق گرمسیری ، جنگلداری و اصلاح نباتات تقسیم میگردد. در سال 1904 هانیگ ، روش جدیدی از کشت گیاهان به نام کشت جنین را ارائه نمود.
او جنین نابالغ تعداد زیادی از گیاهان تیره شببو (cruci Ferae) را در شرایط کشت آزمایشگاهی (in Vitro) ایزوله کرد و از آنها ، گیاهچههای زنده بدست آورد. از سال 1920 انواع روشهای کشت بافت ، نظیر کشت آزمایشگاهی بذرهای ارکیده ، کشت کالوس ، کشت اندام مرسوم شد. بعد از سال 1945 ، به تمام روشهای مختلف کشت در آزمایشگاه ، کشت بافت گیاهی اطلاق گردید.
|
انواع کشت بافت
|
موارد کاربرد کشت جنین
تولید گیاهان عاری از ویروس
مبارزه با آلودگیهای داخلی که بوسیله ویروسها ، مایکوپلاسماها و قارچهای میکروسکوپی ایجاد میشود، بسیار مشکل میباشد. برخلاف آنچه که قبلا تصور میشد، ویروسها میتوانند طی تکثیر جنسی نیز منتقل شوند. حداقل 80 نوع از ویروسهای گیاهی میتوانند از طریق بذر منتقل شوند. ویروسها باعث کاهش عملکرد و همچنین کاهش کیفیت تولیدات گیاهی میشوند.
بنابراین بسیار مهم است که مواد اولیهای که برای تکثیر رویشی استفاده میشوند، عاری از ویروس باشند. پنج روش برای تولید گیاهان عاری از ویروس وجود دارد. استفاده از گرما ، کشت مریستم ، استفاده از گرما و سپس کشت مریستم ، تشکیل اندام هوایی نابجا و سپس کشت مریستم و پیوند مریستم روی پایههای عاری از ویروس که به آن ریز پیوندی نیز گفته میشود.
|
تولید گیاهان عاری از باکتری و قارچ بوسیله کشت مریستم
به نظر میرسد که تولید گیاهان عاری از باکتری و قارچ نیز بوسیله کشت مریستم امکانپذیر است. مهمترین جنسهای باکتری که بایستی حذف شوند، عبارتند از: Erwinia ، Pseudomonas و Bacillus و مهمترین جنس قارچها عبارتند از: Fusarium ، verticillium و Rhizoctonia. گاهی اوقات برای تعیین این که آیا گیاه عاری از باکتری یا قارچ است، یک محیط کشت غنی ، بکار میرود. اولین تحقیق از کشت مریستم میخک برای تولید گیاهان عاری از قارچ انجام گرفت. کشت مریستم بطور موفقیت آمیزی برای حذف باکتری Xanthomonas در گیاه بگونیا ، صورت گرفته است.
دست ورزی ژنتیکی
تا سال 1970 انتقال مواد ژنتیکی از یک موجود به موجود دیگر در گیاهان عالی فقط از طریق جنسی بوسیله استخراج سلول تخمزا با هسته زایشی دانه گرده امکان داشت که حاصل آن تخم بارور بود که میتوانست از آن موجودی با خصوصیات پدری و مادری بوجود آید. انتقال مواد ژنتیکی به صورت غیر جنسی ، فقط از طریق استفاده از پروتوپلاست ، امکانپذیر است. دست ورزی ژنتیکی یک روش ژنتیک مولکولی انتقال مواد ژنتیکی از سلول (پروتوپلاست) دیگر در شرایط آزمایشگاهی بدون توجه به مرحله زایشی میباشد. انواع روشهای دست ورزی ژنتیکی شامل دو رگهگیری سوماتیکی ، دو رگه سیتوپلاسمی ، جذب و جابجایی هستههای ایزوله شده و کروموزومها و انتقال ژنتیکی.
|
بیوسنتز مواد در آزمایشگاه
مدت زمان طولانی است که در صنعت از کشت میکروارگانیسمها مثل پنیسیلیوم و استرپتوماسیس برای بدست آوردن موادی مانند پنیسیلین و استرپتومایسین که از نظر داروسازی مهم هستند، استفاده میشود. آنچه که متداول است، کاشت گیاهان دارویی و سپس استخراج ترکیبات فعال از آنهاست. این روش تولید با مشکلاتی روبه رو است که لازم است راههای دیگری بوجود آید. بدون شک بیوسنتز ترکیبات در روش آزمایشگاه (invitro) دارای مزایای زیادی است با این وجود هنوز مشکلات زیادی در این ارتباط وجود دارد.
چشم انداز
کاشت بافتهای گیاهی در آزمایشگاه ، ابزار مناسبی برای رسیدن به هدفهای ناممکن است که در شرایط خارج آزمایشگاه وجود دارد. نتایج کشت در آزمایشگاه دارای اهمیت زیادی در کشاورزی ، باغبانی و جنگلداری است. علاوه بر کاربرد عملی این تکنیک ، کشت سلول گیاهی ، بافت و اندام ، نقش زیادی را در بهبود آگاهی ما در رابطه با علم سلولی _ تکوینی گیاهی داشته است. در حال حاضر کشت سلول ، دارای اهمیتی خاص در بیوتکنولوژی است و متخصصین در حال تلاش جهت رشد سلول گیاهی به منظور بدست آوردن فرآوردههای صنعتی از متابولیتهای ثانویه هستند.
مباحث مرتبط با عنوان
کنیک کشت بافت طی چند دهه گذشته به عنوان ابزاری کارامد در ریزازدیادی، تکثیر، اصلاح و تولید گیاهان در شرایط کنترل شده درون شیشه ای در مراکز تحقیقاتی سراسر دنیا مورد استفاده قرار می گیرد. در واقع کشت بافت گیاهی را نمی توان شاخه ای مجزا از علومی نظیر ژنتیک، فیزیولوژی، باغبانی و غیره به شمار آورد بلکه کشت بافت ابزار مناسبی در خدمت سایر علوم بوده و به آنها در دستیابی به اهداف مورد نظر کمک می کند. در زمینه گیاهان دارویی نیز علاوه بر کاربرد آن در ریزادیادی، تکثیر، تولید و حفاظت از گیاهان دارویی باارزش و در خطر انقراض، طی دو دهه اخیر به عنوان ابزاری موثر برای تولید متابولیت های ثانویه در شرایط کنترل شده نیز مطرح می باشد. این آزمایشگاه تلاش می کند تا با مطالعه مسیرهای بیوسنتزی متابولیت های ثانویه در گیاهان دارویی، انتقال ژن و دخالت در بیوسنتز این ترکیبات، بهینه سازی تولید آنها در کشت های کنترل شده سوسپانسیون سلولی و ریشه مویینه را تا مرحله نیمه صنعتی مورد مطالعه قرار دهد.
ماموریت و برنامه آزمایشگاه
üکشت بافت و ریزازدیادی گیاهان دارویی با تاکید بر گونه های انحصاری و در خطر انقراض
üریزازدیادی و تکثیر ارقام همگن گیاهان دارویی به منظور حفظ ارقام پرمحصول
üالقای کالوس و بهینه سازی کشت های سوسپانسیون سلولی گیاهان دارویی برای تولید متابولیت های ثانویه
üالقای ریشه مویینه در گیاهان دارویی با استفاده از اگروباکتریوم و بهینه سازی تولید متابولیت های ثانویه در شرایط کشت های درون شیشه
üانتقال ژن های موثر در مسیر بیوسنتز ترکیبات طبیعی و مطالعه بیان آنها در اندام یا گیاهان دارویی باززایی شده تراریخت (مهندسی متابولیک)
üبهینه سازی تولید متابولیت های ثانویه باارزش در شرایط نیمه صنعتی با استفاده از بیوراکتورها
üکشت اندام های گیاهی و تهیه گیاهان عاری از ویروس (کشت مریستم)
üتهیه پروتکل های مناسب برای تکثیر گیاهان دارویی و معطر از طریق تکنیک های کشت بافت
üکشت دانه گرده و پرچم و استفاده از سایر روش ها به منظور تولید گیاهان دارویی هاپلوئید و دابل هاپلوئید در جهت دستیابی به اهداف اصلاحی آنها
üبررسی پدیده تنوع سوماکلونی و بهره گیری از آن جهت ایجاد واریته های مطلوب
تجهیزات موجود در آزمایشگاه
اتاقک رشد با کنترل نور، دما و رطوبت، اتوکلاوهای افقی و عمودی، دی اکسید کربن انکوباتور، همزن مغناطیسی، همزن حرارتی مغناطیسی، شیکر انکوباتور افقی، هود میکروبیولوژی کلاس II، یخچال، فریزر منفی 20، فریزر منفی 80، pH متر، ترازوی دقیق، سمپلر، پیپت و میکروپیپت، دستگاه توزیع کننده محیط کشت، میکروسکوپ، لوازم فلزی و شیشه ای آزمایشگاهی